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Força de Cisalhamento: Definição, Causas, Efeitos e Importância na Engenharia

Definição

Força de cisalhamento é a força interna que age paralelamente à seção transversal de um material, fazendo camadas adjacentes deslizarem umas sobre as outras. Unidades: N/m² (Pa) ou psi.

Força de Cisalhamento vs. Força Normal

• Força normal: Perpendicular à superfície → tração (alongamento) ou compressão (apertamento).
• Força de cisalhamento: Paralela à superfície → deformação por deslizamento.

Fontes de Força de Cisalhamento

• Cargas aplicadas: Cargas transversais em vigas, parafusos em cisalhamento simples, operações de punção.
• Atrito: Contato deslizante entre superfícies.
• Escoamento de fluidos: Arrasto viscoso em limites sólidos (tensão de cisalhamento na camada limite).
• Torção: A torção gera tensões de cisalhamento em eixos.

Efeitos nos Materiais

• Deformação: Deformação de cisalhamento (γ) = deslocamento / altura.
• Escoamento/falha: Quando a tensão de cisalhamento excede a resistência ao escoamento de cisalhamento (τ_y) ou a resistência última ao cisalhamento (τ_u).
• Desgaste: Desgaste adesivo ou abrasivo em interfaces deslizantes.
• Fadiga: Cisalhamento cíclico → iniciação e propagação de trincas.

Projeto de Engenharia

• Vigas: diagramas de força de cisalhamento (DFC) → tensão de cisalhamento (τ = VQ/Ib); verificar contra o valor admissível.
• Parafusos e rebites: capacidade em cisalhamento simples vs. duplo.
• Chavetas, caneluras e pinos: chaves de cisalhamento transmitem torque.
• Mecânica dos solos: resistência ao cisalhamento (c, φ) governa a estabilidade de taludes e a capacidade de suporte.

Fórmulas Principais

• Tensão de cisalhamento média: τ = V / A
• Cisalhamento transversal em viga: τ = VQ / Ib
• Cisalhamento torcional (eixo circular): τ = Tr / J